(完整版)相控阵雷达
第5章相控阵雷达要点
6.脉冲压缩的实现：
发射脉冲应按一定规则编码，以获得较大带宽。 接收机中应有一个压缩网络，
脉冲压缩网络实际上是一个匹配滤波器。脉冲压缩常
用的四种
7.调制方式：
线性调频脉冲压缩 非线性调频 相位编码脉冲压缩 时间频率编码脉冲压缩
8.能够进行脉冲压缩的波形：
调制类型
带宽
伪随机二进制序列
比特率
线性调频扫描 非线性调频扫描
N 1
E() E e jk k 0
如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。 假设θ0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归 一化天线方向图(p154)：
Fa
sin
Nd
sin
N
sin
d
sin
Fa(θ)称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角 度均匀辐射的，方向图为Fe(θ)，阵列方向图变为：
F Fa Fe
Fe(θ)称为阵元因子。
关于阵列天线的栅瓣
阵列因子图： 主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
由图5-2可以看出，主瓣是我们感兴趣的，所有栅瓣应去掉。
不出现栅瓣的条件：
πd λ
ht e T
t T 2
11.失配加权
线性调频信号的包络是一个矩形，其经过频谱滤波器输出信号 的包络为sinc函数。见p124图4.13。最大副瓣为－13分贝。在实际 应用中，要求副瓣电平低于－30dB至－45dB。
相控阵雷达的工作原理
相控阵雷达的工作原理相控阵雷达是一种利用相位控制技术实现方向控制和波束形成的雷达系统。
它由一组发射和接收单元组成，每个单元都有一个发射/接收模块，能够实现相位控制和波束形成。
在工作时，相控阵雷达首先通过控制每个发射单元的发射时刻和相位，使得它们同时发射雷达信号。
这样可以形成一个相干的波前，并且具有较高的能量集中度。
接下来，通过控制每个接收单元的接收时刻和相位，使得它们对回波信号进行相干合成。
相控阵雷达的工作原理主要包括以下几个步骤：1. 相控天线阵列：相控阵雷达的关键是天线阵列，它由大量发射与接收单元组成，并排列成矩阵状。
每个单元有一个发射器和一个接收器，可以单独控制其相位和时延。
2. 发射信号时延：根据要检测的目标方向，计算出每个发射单元到目标的传播时间，并进行精确的时延控制。
通过使得每个发射单元的信号到达目标的时间相同，就可以形成一个合成波前。
3. 发射信号相位控制：除了时延控制外，每个发射单元还需要控制发射信号的相位。
根据目标方向的角度，计算出每个单元的发射信号相位，使得各个单元的发射信号形成相干叠加。
4. 回波信号接收：接收信号与发射信号相似，但经过目标的散射和传播后会发生相位和时延的变化。
接收单元首先对回波信号进行采样，并对每个接收单元的信号进行时延和相位调整，以保持相干性。
5. 相干合成：接收到的经过调整的回波信号通过相干合成，即对各个接收单元的信号进行加权和求和。
这样可以增强目标信号的能量，从而提高雷达的灵敏度和分辨率。
通过以上步骤，相控阵雷达实现了对目标的方向控制和波束形成。
它可以快速扫描、精确定位目标，并具有较高的抗干扰能力。
因此，在军事、航空、天文等领域得到广泛应用。
第4章-相控阵雷达
• 空域滤波及数字波束形成引论（续）
– 高分辨率测角 • 波束形成的局限：需大孔径 • 多目标阵列数据模型 • 数据协方差矩阵的特征分解及物理解释 • 信号子空间与噪声子空间 • 最大似然法、MUSIC法 • 相关目标的高分辨率测角
放大器
d
d
放大器
放大器
0＋ 0 0－ 0 0 0 0－ 0 0＋
移相法实 现多波束
相加 相加 相加 波束1 波束2 波束3
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理
– 通过移相器改变各阵元激励相位，实现扫描
– 假定所有阵元
• 无方向性
• 等幅同相馈
电
d sin
向波束宽度
d B (s)
0.29
Ba (%)
B
s in 0
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 由于d B(s), 0 增大, 允许的带宽变小
– 天线孔径, 波束宽度B , 允许的Ba(%)
– 天线指向0时, 能量充填整个孔径所需时间为
T D sin0 / c
的收发（Ｔ/Ｒ）固态组件，即都是有源的 • 固态组件的功率源是低功率的 • 各阵元辐射功率在空间进行合成 • 各阵元辐射信号间相位关系固定，即相参 • 各阵元的相位和振幅分布可按要求控制
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 有源阵的优点:
• 功率源直接联在阵元后面，馈源和移相器的 损耗不影响雷达性能；接收机噪声系数由T/R 组件中的低噪声放大器决定
0
• 当 ( d /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子分母同为0，F() = 1，即F()
有源相控阵雷达原理
有源相控阵雷达原理相控阵雷达是一种使用多个天线单元来产生波束扫描并形成方向图的新型雷达技术。
其中有源相控阵雷达利用天线单元中的光源、光电传感器和信号处理器来实现波束扫描和控制。
其原理基于两个主要的因素：相位控制和干涉。
本文将详细介绍有源相控阵雷达的原理。
一、原理概述相控阵雷达系统由许多小型天线组成。
它持续地改变每个天线单元的相位和振幅，以使扫描波束在空间中旋转和扇形地向外扩展。
系统中的所有天线单元按照确定的几何方式排列，就可以组成一个阵列。
通过改变每个天线的相位和振幅，可以在各个空间方向上创建一个梳状的波纹状的阵列，并通过将不同的相位和振幅施加到阵列的不同单元中，产生可控向某一方向的波束。
有源相控阵雷达包括天线单元和信号处理器两个主要部分。
天线单元中的光源负责产生微波信号，光电传感器用于接收信号，并将其转化为电信号。
信号处理器负责分析电信号，对波束进行扫描和控制。
通过不同的信号处理算法，相控阵雷达可以实现距离测量、距离速度特征提取、目标探测等功能。
相控阵雷达最重要的特征是其波束扫描能力。
基于天线阵列的干涉原理，相位差控制不同天线之间发射出的电磁波的相位，从而能够控制波束的方向和宽度，实现扫描。
二、原理详解1.波束扫描原理有源相控阵雷达发射电磁波是通过天线单元阵列中的各单元以不同的相位和振幅同时发射。
在到达目标处的反射波达到不同天线时，由于不同天线之间的时间和相位差别，因此反射波的相位和振幅也不同，这就产生了一种几何干涉的效应。
干涉的结果就是，在某个特定方向上的反射波的相位和振幅被放大，而在其他方向上的反射波则被相互抵消。
因此可以实现向某个特定方向上发射一定角度的电磁波，而其余方向则几乎没有发射。
由于天线组织成的阵列具有波束扫描能力，其能够跟随目标扫描方向，并在相应方向上发射束式波，从而获得高方位分辨率。
波束宽度是相控阵雷达的另一个重要原理。
较短的阵列长度具有较高的方向分辨率，但会导致波束宽度增大, 阵列长度较长，则会减小波束宽度，但相应的方向分辨率会变低。
相控阵雷达.ppt
• 空域滤波及数字波束形成引论
– 空域匹配滤波
• 阵列空间响应，阵列信号流型 • 多个信号模型 • 空域匹配滤波，同相相加 • 波束副瓣抑制 • 多波束形成
空域滤波及数字波束形成引论
空域滤波及数字波束形成引论
空域滤波及数字波束形成引论
空域滤波及数字波束形成引论
• 空域滤波及数字波束形成引论（续）
多波束形成技术
• 多波束形成技术（续）
定 向 耦 合 器
束2
l1 l2
d
波
波 束 1 相 加 波 导
波 束 1相 加 波 束 2相 加 波 束 1 接 收 机 波 束 选 择 器 高 度 计 算 机 显 示 器
射频延迟线多 波束形成系统
波 束 2 接 收 机
多波束形成技术
• 多波束形成技术（续）
－ 0 ＋ 0
• 多波束形成技术（续）
1 2 3
d 放 大 器 放 大 器
d 放 大 器
0＋
0
0－
0
0
0
0－
0
0＋
移相法实 现多波束
相 加
相 加
相 加
波 束 1波 束 2波 束 3
相扫基本原理
• 相扫基本原理
– 通过移相器改变各阵元激励相位，实现扫描
– 移相器的种类：
• PIN二极管移相器、铁氧体移相器、数字式移 相器等
多波束形成技术
• 多波束形成技术
– 收发都用多波束
– 接收多波束，发射宽波束，收发覆盖相同空域 – 接收多波束用得较多，因为： • 功率弱，技术上易实现，控制和处理灵便 – 多波束形成方法 • 射频延迟线、中频延迟线、移相法、脉内频 扫、数字波束形成（DBF）
使用相控阵雷达进行目标探测的步骤和原理
使用相控阵雷达进行目标探测的步骤和原理相控阵雷达是一种基于相控技术的雷达系统，它能够实现多波束的发射和接收，具有高分辨率、高精度和多目标探测等特点。
在现代军事和民用领域广泛应用。
本文将介绍使用相控阵雷达进行目标探测的步骤和原理。
一、相控阵雷达的基本原理相控阵雷达由许多天线组成，这些天线被组织成一个二维或三维阵列。
每个天线都可以独立进行发射和接收信号。
通过控制相位差，可以实现波束的相应调控。
相控阵雷达主要通过以下原理实现目标探测：1. 多波束形成：相控阵雷达可以同时形成多个波束，每个波束可以独立指向不同的方向。
通过调整每个波束的发射相位差，可以实现对不同方向的目标同时探测。
2. 自适应波束形成：相控阵雷达可以根据环境和目标的变化，实时调整波束形成参数，提高雷达的性能。
例如，可以通过自适应波束形成技术，抑制多径效应和杂波干扰，提高探测的信噪比。
3. 高精度测角：相控阵雷达可以利用相控阵的几何结构，实现高精度的目标测角。
通过测量每个波束的相位差，可以计算出目标相对于雷达的方位和俯仰角。
4. 捷联测量：相控阵雷达可以利用多波束的测量结果，实现对目标位置的捷联测量。
通过将多个波束的测量结果进行融合，可以提高目标位置的准确性和可靠性。
二、相控阵雷达目标探测的步骤相控阵雷达进行目标探测的步骤主要包括以下几个环节：1. 发射信号：相控阵雷达首先需要发射一组电磁波信号。
这些信号会经过射频与微波电路的处理，形成合适的脉冲信号。
2. 波束形成：发射的信号进入相控阵雷达的阵列天线，通过调控每个天线的发射相位和幅度，形成多个波束。
每个波束可以独立指向不同的方向。
3. 目标回波接收：当发射的信号遇到目标时，会被目标反射回来，形成回波。
相控阵雷达的阵列天线接收并采集回波信号，并将其传送到接收机。
4. 信号处理：接收机对接收到的回波信号进行放大、滤波和混频等处理。
然后，利用自适应波束形成技术，抑制干扰信号和杂波，提取目标信号。
2024版年度技术相控阵雷达入门到精通
2024/2/3
1
目
CONTENCT
录
2024/2/3
• 相控阵雷达基本概念与原理 • 相控阵雷达系统组成与功能 • 相控阵雷达性能指标评价方法 • 先进相控阵雷达技术发展动态 • 实战化环境下相控阵雷达运用策略
探讨 • 仿真实验平台搭建与案例分析
2
01
相控阵雷达基本概念与原理
14
抗干扰性能和杂波抑制能力测试
抗干扰性能
指雷达在干扰环境下正常工作的能力， 包括抗有源干扰和无源干扰两种。
测试方法
通过模拟或实际环境测试，观察雷达 在干扰和杂波条件下的工作性能，以 评估其抗干扰性能和杂波抑制能力。
杂波抑制能力
指雷达在复杂环境下抑制杂波、提取 目标信息的能力。
2024/2/3
15
市场前景
随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，相控阵雷达的市场需求将会不断增长。未来，相控阵雷达将会在更 多领域得到应用，并且其性能和功能也将会得到进一步的提升和完善。同时，随着相关技术的不断发展和成本的 不断降低，相控阵雷达也将会更加普及和实用化。
2024/2/3
6
02
相控阵雷达系统组成与功能
针对仿真实验平台搭建过程中的关键技术和难点进行深入解析，如阵列天线建模、波束 形成算法实现等。
28
典型场景建模及参数设置方法
2024/2/3
典型场景选择及建模方法
根据实际需求选择典型的相控阵雷达应用场景，如机载火 控雷达、地面防空雷达等，并介绍相应的场景建模方法。
参数设置原则与技巧
详细阐述仿真实验中需要设置的参数及其原则，包括雷达 系统参数、环境参数、目标参数等，同时分享一些实用的 参数设置技巧。
相控阵雷达入门到精通
当前趋势
数字化、软件化、多功能化、网络化。
现代雷达
多种体制并存，功能多样化，探测性 能大幅提升。
相控阵雷达定义与特点
定义
通过改变阵列天线中每个辐射单元 的馈电相位来改变波束指向的雷达。
特点
波束指向灵活、可实现多目标跟踪、 抗干扰能力强、数据率高。
工作原理及关键技术
工作原理
通过移相器改变每个辐射单元的相位，实现波束的扫描和控制。
相控阵雷达入门到精通
目录
• 相控阵雷达基本概念与原理 • 相控阵雷达系统组成与功能 • 相控阵雷达关键技术分析 • 相控阵雷达在军事领域应用 • 相控阵雷达在民用领域拓展 • 未来发展趋势与挑战
01
相控阵雷达基本概念与原理
雷达发展历程及现状
早期雷达
简单脉冲体制，功能单一，探测距离 和精度有限。
信号处理与数据处理流程
1 2 3
信号处理流程 包括回波信号的预处理、杂波抑制、目标检测与 跟踪等步骤，提取目标信息并传递给数据处理模 块。
数据处理流程 对信号处理后的数据进行进一步处理和分析，包 括目标识别、态势感知、威胁评估等步骤，为指 挥决策提供支持。
算法与软件实现 采用先进的信号处理和数据处理算法，结合高性 能计算机和软件平台，实现雷达系统的自动化和 智能化。
渔业资源调查和评估
相控阵雷达可用于监测鱼群的位置、数量和迁移路径，为渔业部门提供科学的渔业资源评估 和合理捕捞建议。
无线通信网络优化辅助
信号覆盖和质量分析
相控阵雷达能够实时监测无线通 信网络的信号覆盖范围和信号质 量，帮助运营商了解网络性能瓶 颈和优化方向。
干扰源定位和排除
通过测量无线信号的回波特性， 相控阵雷达能够准确定位干扰源 并辅助排除干扰，提高通信网络 的稳定性和可靠性。
相控阵激光雷达原理
相控阵激光雷达原理相控阵激光雷达（Phased Array Radar，简称PAR）是一种基于相控阵技术的激光雷达系统。
它可以通过有效控制激光束的方向和波束的形状，在三维空间中实现高速高精度的目标检测、跟踪和成像。
相控阵激光雷达的工作原理是基于光的干涉和相位控制。
它由多个发射单元和接收单元组成，每个单元都有一个独立的光源（例如激光二极管）和光接收器（例如光电二极管）。
这些单元按照一定的几何排列，形成一个二维阵列。
每个单元都可以独立控制激光束的发射时间和相位，从而实现波束的形状和方向的可调控。
在发射过程中，相控阵激光雷达首先将输入信号分配给不同的发射单元。
每个发射单元会产生一个相位不同的激光束，这些激光束之间会相互干涉形成一个总的辐射波束。
通过改变各单元的激光发射时间和相位，可以改变总波束的方向和形状，从而实现对目标的扫描和探测。
在接收过程中，相控阵激光雷达会收集从目标反射回来的激光信号。
这些信号被接收单元接收并转换成电信号，然后经过放大和滤波处理。
每个接收单元会分别调整接收信号的相位和延时，以便将信号从不同方向的目标分离出来。
最后，这些信号会被送入相控阵激光雷达的信号处理模块进行目标检测、跟踪和成像。
相控阵激光雷达具有以下几个特点：1. 高速高精度：相控阵激光雷达可以通过调整激光波束的方向和形状，实现对广泛范围内的多个目标进行高速高精度的检测和跟踪。
2. 多功能性：相控阵激光雷达可以同时实现目标的探测、测距、速度测量和成像等多种功能，具有较大的灵活性和适应性。
3. 抗干扰能力强：由于相控阵激光雷达可以通过动态改变波束形状和方向，因此它具有较强的抗干扰能力，可以有效抑制多径效应和杂波干扰，提高目标探测的可靠性。
4. 全天候工作：相控阵激光雷达采用激光技术，可以在良好或恶劣的天气条件下工作，如雨、雪、雾等，具有良好的适应性。
总的来说，相控阵激光雷达是一种基于相控阵技术的高性能激光雷达系统。
它通过控制激光波束的方向和形状，实现对目标的高速高精度的探测、跟踪和成像。
相控阵雷达入门到精通
利用多部雷达或其他传感器进行协同探测和信息融合，提高系统对 复杂目标和环境的感知能力。
17
04
相控阵雷达在军戒系统建设
高效探测
相控阵雷达能够快速扫描大范围空域，对来袭目标进行高效探测 和识别。
多目标跟踪
具备同时跟踪多个目标的能力，为地面防空系统提供全面的空情 信息。
3D打印技术
能够实现复杂结构天线的快速制造，提高生产效率和 降低成本。
超材料
通过设计材料的微观结构，实现对电磁波的特殊调控 ，为天线设计提供新的思路和方法。
2024/1/28
29
人工智能技术在信号处理中的融合
01
深度学习
通过训练大量数据，实现对雷达 信号的自动识别和分类，提高信 号处理效率和准确性。
5
工作原理及关键技术
2024/1/28
工作原理
通过移相器改变每个辐射单元的相位，实现波束的扫描和控 制。
关键技术
阵列天线设计、移相器技术、波束形成算法、信号处理技术 等。
6
应用领域及市场前景
军事领域
导弹防御、战场侦察、目标跟踪 等。
2024/1/28
民用领域
气象观测、空中交通管制、遥感测 量等。
早期雷达
简单脉冲体制，功能单一，探测距离 和精度有限。
当前趋势
数字化、软件化、多功能化、网络化 。
现代雷达
多种体制并存，功能多样化，探测性 能大幅提升。
2024/1/28
4
相控阵雷达定义与特点
2024/1/28
定义
通过改变阵列天线中每个辐射单 元的馈电相位来改变波束指向的 雷达。
特点
波束指向灵活、可实现多目标跟 踪、抗干扰能力强、数据率高。
相控阵雷达发展综述(三)
’
２
相控 阵雷达 发展综述 （ ） 三
Ｏ八 一 科 技
●难 以将 发射 机 （ Ｐ Ｈ Ａ，高 功率放 大器 ）输 出信号传 送 至天线 ．馈线 系统要 承受很 高 功率： ●难 以用 窄 的机械扫 描波束搜 索 、截 获和跟 踪 目标 ；
●难 以实现多 功能 ，跟 踪多批 目标 ：
是一个c波段radant透镜体制天线雷达为有源相控阵辐射单元数60x60两种体制相控阵成本估算对比radant透镜体制传统体制tir组件单价数量45万120l万x3600组件电源60万60波控系统20万60radant透镜12o辐射单元馈电网络150万150合计930万3870八一科技相控阵雷达发展综述三9采用radant透镜和一维相扫阵列混合体制tr组件数120个由于使用的组件数组件和传统体制的二维相控面阵天线的成本对比可以看出前者的成本大约为传统体制的14
ｆ Ｂ化 ｅ饺 Ｏ） （ 鬟
ｌ
ｌ
ｒ ｉｋ Ｆ ｌ （ ｈｃ ｉ ｍ 厚艟 ）
Ｔ ｉｋＦｌ （ 障 ） ｈｃ ｉ 厚 ｍ
Ｓｌ ｄ ｃ ｅ ｉ ｅ ｏｄ ｒ ｂ
（ 泽码嚣） 子
图 １ 美 国 军 用 通 信 卫 星 ４ ＧＨｚ固 态 Ｔ／ 组 件 电路 结 构 及 工 艺 结 构 ５ ４ Ｒ
７ ｍ ． ２ ６ ｄ ｉ（ ０ Ｂ 不考 虑 圆波导损 耗 ） １０ ２
天线 单元 尺寸 极 化形 式
波束宽 度 扫 描范 围 天线 最 大转速
０６ ０ ｍ ．ｘ ． ６ 左旋／ 右旋 圆极 化 （ 射， 收 ） 发 接
发射 Ｏｏ 。 ． ．接 收 ００ ３ ６ ． 。 ７ 相扫 ００ ３ ；机 扫 ：￣ ３ 。（ 位 ） — ８ 。（ 仰 ） ．８ 。 １５ 方 ，０ １ ０ 俯 ４／ 。 ｓ
相控阵雷达简介
相控阵雷达简介第一部分：引言论坛上朋友们对相控阵雷达很感兴趣，而且对美军的有源相控阵雷达表示出近乎崇拜的热情，总是哀叹我们为什么没有这么神气的雷达。
但是在很多朋友的帖子中，都表现出我们对相控阵雷达的概念不是很清楚，甚至有的雷达专业的网友有时也有一些似是而非的说法。
其实要正确的了解雷达中的很多基本概念，并不是很容易的事情，要能给别人讲清楚，更需要实际的工作经验。
碰巧我参加过相控阵雷达研制，虽然做的工作是边边角角的，但是想结合自己的体会和一些专业书上的概念，尽可能把我认为正确的概念介绍给各位朋友。
第二部分：相控阵技术综述相控阵技术是一种通过控制阵列天线的各个单元的相位和幅度以便形成在空间满足一定分布特性的波束，并且能够改变其扫描角度（指向）的技术。
这种技术目前一般都是用计算机控制波束的形成和扫描，因此最大和好处是可以实现一些传统天线没有的优势，即：形状、指向和波束的个数无惯性的改变。
这里解释一下什么是波束，波束实际上是一个形象的说法，在天线和传播技术领域，我们经常讲某个天线发射的（或者接收的）波束是“笔型波束”、“扇行波束”等等之类的，并不是说在空间存在这样的一个笔形或者扇形的东西，而是说当这个天线发射信号时（或者接受信号时）它在不同的方向信号放大倍数是不同的（或者对接收在不同空间到达方向的信号放大倍数不同），有的方向倍数大（叫增益），有的方向小，就形成了一个增益和方向的关系曲线，形象的说，就是一个“笔形的波束”或者“扇形波束”。
需要说明的是，所有的天线都有波束的概念，而且接收的时候和发射的时候可以是不同的。
相控阵的天线通过电控的单元相位改变，使波束指向、形状、个数等可以很快的改变，这是它根本的优势。
还有一个顺便可以提到的问题，就是雷达干扰和抗干扰问题。
在雷达对抗领域，经常提到一个旁瓣干扰的概念，这个又是一个和波束概念有关系的。
一般在天线增益最大的方向附近是天线的主波瓣，在这个方向附近之外，天线增益下降很快，但是其他的方向上增益也不会是零，一般在很大的范围内，都会有信号进入，但是除了主瓣之外，其他方向进入的信号比最大的主瓣方向进入的信号要弱很多。
有源相控阵雷达原理
有源相控阵雷达原理
相控阵雷达是一种利用阵列天线和相控技术进行目标检测和测距的雷达系统。
相控阵雷达通过发射并接收一系列窄束信号，并通过调整相位和振幅来控制每个窄束的发射和接收方向，从而实现对目标的准确定位和跟踪。
相控阵雷达系统由多个天线组成的阵列组成，每个天线被称为阵元。
阵列中的每个阵元都可以独立控制发射和接收信号的相位和振幅。
相控阵雷达通过调整阵元的相位差和振幅来产生一个或多个窄束，每个窄束的方向可以独立控制。
在雷达工作时，首先通过发射信号激励阵列中的每个阵元。
这些发射信号具有不同的相位和振幅，从而形成特定方向的窄束。
然后，这些发射窄束在空间中传播并与目标相互作用。
当发射窄束碰到目标时，一部分能量会被目标散射回来，并被接收天线阵列接收。
接收信号通过每个阵元的接收天线获取，并经过相应的放大和滤波处理。
然后，通过调整阵元的相位和振幅，对接收信号进行合成和组合。
这个过程类似于波束形成(Beamforming)操作，将接收到的信号聚焦到特定方向，从而提高雷达系统的灵敏度和分辨率。
通过对合成后的接收信号进行处理和分析，可以提取出目标的位置、速度和其他特征信息。
相控阵雷达系统可以通过动态调整发射和接收窄束的方向，实现对多个目标同时进行跟踪和探
测。
此外，相控阵雷达还具有快速扫描和快速响应的能力，适用于各种复杂环境下的目标探测和追踪任务。
2011第12章相控阵雷达
1
相控阵雷达半功率主瓣宽度θ0.5
令θ0 = 0 天线波束中心指向 0D
F (θ ) =
1 N
sin
⎡ ⎢⎣
Nπ λ
d
(sin
θ
−
sin
θ0
)⎤⎥⎦
sin
⎡π d ⎢⎣ λ
(sin
θ
−
sin θ0
)⎤⎥⎦
=
1 N
sin
⎡ ⎢⎣
Nπ λ
d
sin θ
⎤ ⎥⎦
sin
⎡π d ⎢⎣ λ
sinθ
⎤ ⎥⎦
若θ ≈ 0
=
50.8 Nd cosθ0
λ(度)
=
θ0.5 cosθ0
θθ展展00越越宽宽大大越越则则厉厉波波害害束束
天线增益下降
等幅照射时，面积为A的无损耗口径，其法线方向波束
增益：
G0
=
4π
A λ2
若该天线阵为N个等间距辐射元组成的面阵，阵元间距 d=λ/2，则有 A = Nd 2 = N λ 2 G0 = Nπ
⎞⎤ ⎟⎠⎥⎦
N
sin
⎡ ⎢⎣
1 2
⎛ ⎜⎝
2π d λ
sin θ
−
ϕ
⎞⎤ ⎟⎠⎥⎦
波束扫描原理
在θ = θ0方向上有F (θ ) = 1，有主瓣存在，且主瓣 方向由ϕ = 2π d sinθ0 λ 决定，只要修改移相器 的相移量ϕ 就可以控制最大辐射方向 θ0 ，从而 形成波束扫描。
实质：用移相器引入的相移量来抵销对于不同角度单元 间波程差引入的相位差，从而在该角度上获得电场同相 叠加而出现的最大值。
k =0
k =0
k =0
SQ-雷达系统（第四章）相控阵雷达
必 须 限 制 天 线 的 扫 面 范 围 ， 0 600 （ 常 为 300, 450 ） 要覆盖半个球面，至少须三部 RD 实现。
为什么要限定相控阵雷达的扫描范围？
18
2021/7/10
相位扫描原理
3.相控阵 RD 缺点与改进办法： 天线阵元等间距 d，等幅发射条件 F ( ) 位辛格函数（辛格函
当0 600 0.5s 20.5
16
2021/7/10
另外，0 天线增益
相位扫描原理
①设0 = 0， 最大辐射方向为阵列面法向；
波束扫天线描有对效辐0射.5 影面积响，（S0一 N维a 直Nd线2 （阵a ：为每例个单）元面积）
天线增益 G0
4
S0
2
4
Nd 2
2
②当波束扫至0 （偏离法线0 ）
天线阵
①结构：平面阵列
利于波束指向的配相计算与控制
正方形，三角形，六角形，随机阵列
辐射单元
半波振子，喇叭口，缝隙振子，螺旋天等。
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相位扫描系统
相控阵雷达相位扫描系统包括：天线阵、移相器、 波束指向控制器（波控器）、多波束形成网络。
天线阵
②馈电方式： 功率源到辐射单元间采用一定数量的微博耦合元 件及传输馈线
L4 4
L3 L2 L1
D1
D2
DN
29
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移相器
铁氧体移相器：应用磁性元件--铁氧体 结构：四个截面相同，长度不同的铁氧体，相互间隔以介质，沿波导
纵向放置，没跟铁氧体中心穿一根导线，激励电流，导线从波 导壁引出（称磁化导线），铁氧体两头竖起，起匹配作用，避 免反射。 工作原理：若磁化导线加入一幅度足够的脉冲电流，使铁氧体磁化并
(完整word版)相控阵雷达系统的设计与分析
第一章相控阵雷达系发射信号的设计与分析1.1 雷达工作原理雷达是Radar（RAdio Detection And Ranging）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。
典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。
利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。
现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。
雷达的应用越来越广泛。
图1.1：简单脉冲雷达系统框图雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。
假设理想点目标与雷达的相对距离为R，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t,电磁波以光速C向四周传播，经过时间R后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成：()R-。
s tC电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()Rσ⋅-，其中σ为目s tC标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS），反映目标对电磁波的散射能力。
再经过时间R C 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)R s t Cσ⋅-。
如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。
图1.2：雷达等效于LTI 系统等效LTI 系统的冲击响应可写成:1()()Mi i i h t t σδτ==-∑ (1.1)M 表示目标的个数，i σ是目标散射特性，i τ是光速在雷达与目标之间往返一次的时间，2ii R cτ=(1.2) 式中，i R 为第i 个目标与雷达的相对距离。
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放大器
d
d
放大器
放大器
0＋ 0 0－ 0 0 0 0－ 0 0＋
移相法实 现多波束
相加 相加 相加 波束1 波束2 波束3
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理
– 通过移相器改变各阵元激励相位，实现扫描
– 假定所有阵元
• 无方向性
• 等幅同相馈
电
d sin
• 相邻阵元激
励电流相位
差为
0
sin 1
• 波束域（空域频谱）混迭现象：栅瓣是主瓣 在其它方向上的再现，空间信号欠采样
栅瓣
…
－
主瓣
副瓣
0
栅瓣
…
πd
(sin
sin0 )
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
• 方向图函数
F( )
1
sinNd (sin sin0)
N
sin
d
(sin
s in 0 )
• 当 (Nd /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子为0 ，若分母不为0 ，F() = 0
– 优点： • 相扫，无机械惯性，快速波束捷变 • 多目标、远距离、高数据率、高可靠性 • 多功能、多波束、自适应抗干扰
– 缺点： • 波束宽度随扫描方向变化
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 移相器控制波束的发射与接收 – 无源阵：收发共用一个或几个发射机和接收机 – 有源阵：每个阵元都连有可提供所需辐射功率
Nd
sin
• 得波束半功率（3dB）宽度
混频 中放
混频
中放 波束1
抽
中频延迟多波
头
束形成系统
延 迟
线
波束2 波束3
第3章 连续波雷达
• 多波束形成技术（续）
多波束形成技术
1 23
本振
混频 中放
混频中放
混频
中放 波束1
抽
中频延迟多波
头
束形成系统
延 迟
线
波束2 波束3
第3章 连续波雷达
－0
＋0
• 多波束形成技术（续）
123
多波束形成技术
的收发（Ｔ/Ｒ）固态组件，即都是有源的 • 固态组件的功率源是低功率的 • 各阵元辐射功率在空间进行合成 • 各阵元辐射信号间相位关系固定，即相参 • 各阵元的相位和振幅分布可按要求控制
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 有源阵的优点:
• 功率源直接联在阵元后面，馈源和移相器的 损耗不影响雷达性能；接收机噪声系数由T/R 组件中的低噪声放大器决定
• 因 | sin - sin0 |≤1+| sin0 |，则无栅瓣条件
d 1 1 d
1 | sin0 | 2
2
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 波束宽度
• 波束指向法线方向，即0 = 0，方向性函数
F( )
1 N
sin
N
d sin
sin
d
sin
sinc
• 阵元馈源和移相器功率容量低，轻便廉价
• 大量低功率固态源取代易损坏的高电压、 大 功率发射机，系统可靠性提高
• 固态阵和数字波束形成及阵列信号处理技术 相结合，天线性能改善潜力大
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 移相器：实现相扫的关键器件
– 对移相器的要求：
• 移相精确、性能稳定、频带和功率容量大、 便于快速控制、激励功率和插入损耗小、体 积小、重量轻等
– 移相器的种类：
• PIN二极管移相器、铁氧体移相器、数字式移 相器等
第3章 连续波雷达
多波束形成技术
• 多波束形成技术
– 收发都用多波束 – 接收多波束，发射宽波束，收发覆盖相同空域 – 接收多波束用得较多，因为：
• 功率弱，技术上易实现，控制和处理灵便 – 多波束形成方法
• 射频延迟线、中频延迟线、移相法、脉内频 扫、数字波束形成（DBF）
现代雷达技术
第4章 相控阵雷达
第3章 连续波雷达
• 本章简介
– 相控阵雷达简介 – 多波束形成技术 – 相扫基本原理 – 空域滤波及数字波束形成引论
本章介绍
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介
– 相位控制阵列：多个天线单元排成，各阵元馈电 相位按一定程序灵活控制，完成特定的空间扫描
1
s
in
N 2
(
)
1
sin
Nd
(sin
s in 0
)
N
sin
1 2
(
)
N
sin
d
(sin
sin0 )
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 天线照射方向0由移相器的相移量 决定 – 在0方向，各阵元辐射场由波程差引起的相位差
正好抵消移相器引入的相位差，各分量同相相
加获最大值，F(0)=1 – 改变 值，就可改变波束指向角0 ，从而形成波
束扫描
– 方向图最大值方向同相波前垂直 – 由天线收发互易原理，接收天线，结论相同
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 栅瓣问题
• 在 -90o~90o 内线阵单值测角条件： d ≤ /2 • 当 d ＞ /2 时，在 -90o~90o内将出现栅瓣
d
2
/
d
d
0
2
k
(N－ 1)
0
12
k
N－ 1
N元直线相控阵天线
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 各阵元在方向远区某点辐射场的场强矢量和为
E( ) E0 E1 Ei EN 1
– 等幅馈电时，各阵元在该点辐射场的振辐为E。 以0号阵元为相位基准，则
E( )
N 1
E e jk ( )
E
sin
N 2
(
)
ej
N 1( 2
)
k 0
sin
1 2
(
)
– 式中 2dsin / 为波程差引起的相邻阵元辐射场
相位差
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 当 = 时，各分量同相相加，场强幅值最大 | E( ) |max NE
– 定义归一化方向性函数为
F ( ) | E( ) | | E( ) |max
• 当 ( d /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子分母同为0，F() = 1，即F()
可能出现多瓣
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
• 当=0时为主瓣，其余为栅瓣。只取一个周 期 - ~
d
(sin
sin 0 )
d
1
| sin sin 0 |
第3章 连续波雷达
• 多波束形成技术（续）
定 向 耦合 器
d l1
l2
相 加 波导
多波束形成技术
波束2 波束1
波 束 2相 加
射频延迟线多 波束形成系统
波 束 1相 加
波束1 接收机
波束2 接收机
波
束
高度
选
计算机
择
显示器
器
第3章 连续波雷达
• 多波束形成技术（续）
多波束形成技术
1 23
本振
混频 中放